CN108332109A - 一种超薄直射式面板灯 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超薄直射式面板灯，尤其是一种无暗区、无光斑、无眩光、发光均匀无需另加散热装置的超薄直射式面板灯，能效要求高的场所。它包括：超薄直射式光源，超薄的安装框架，面框盖板。所述超薄直射式光源它包括有封装发光芯片的PCB玻纤单面板，在封装发光芯片的PCB玻纤单面板上设置有集成封装的正极焊盘和集成封装的负极焊盘；所述集成封装的正极焊盘通过并联LED后总输入端正极走线线路与集成封装的LED正极连接；所述集成封装的负极焊盘通过串联LED后总输出端负极走线线路与集成封装的LED负极连接；LED发光芯片P极正极与LED发光芯片N极负极分别按照正、负方向胶粘固定于封装发光芯片的PCB玻纤单面板的走线线路上。
Description
技术领域
本发明涉及一种超薄直射式面板灯，尤其是一种无暗区、无光斑、无眩光、发光均匀无需另加散热装置的超薄直射式面板灯，能效要求高的场所，属半导体照明技术领域。
背景技术
目前市场上常见的直射式面板灯，其灯具厚度均在60mm左右，因该灯具采用的是贴片式LED灯珠，此灯珠仅作为一种独立的小功率光源，采取不定数量的单个LED灯珠进行串、并联形式组合成大功率灯具，并根据相应的组合形式光源功率设计驱动电源，还因为单独贴片式LED灯珠发光角度最大在140º，所以LED灯珠点阵放置时的距离稀疏也会产生暗区；当考虑成本不能大量使用LED灯珠时，一是希望所发出的光朝一个方向发射就得采取透镜或反光杯的措施来纠正照射角度；二是希望灯具发出的光束要求均匀且无暗区和无光斑。所以目前市场上直射式面板灯采用的灯珠数量少，没采用透镜来纠正照射角的情况下，总体厚度必须达到60mm以上，否则灯光会有暗区存在；有的直射式面板灯采用了透镜来进行角度发散，而这种透镜或多或少也存在一定的光损；在生产同等功率灯具时，采用单灯珠功率越大则灯珠数量就越少；所以做直射面板灯时为防止暗区、光斑等时，一般均采用深距离安装框架使照射角度加大发出，所以灯框架的深度与灯珠排列的间隔距离均有较高的要求；为防止发射眩光，还得在灯具出光面框架上安装一块扩散板，所以这类灯具目前市场上设计的综合最大光效只能达到110LM/W左右；侧发光面板灯目前最好的光效最高能达88LM/W。
发明内容
本发明为了克服直射式面板灯厚度做不薄，发光不均匀，光损特别大而采用单颗贴片LED多个数量进行串、并联点阵形式制成灯具时易产生的暗区和大功率、小面积排列封装的COB散热形式差和成本很高的缺陷；
本发明的目的在于提供一种超薄直射式面板灯，它的光源是由普通用的PCB玻纤单面覆铜板作为封装散热支架替代目前市场上COB常规用的进口散热支架，而且进行大面积排列小功率LED芯片铺设，该光源采用了小功率草帽头的封装工艺又结合了COB形式的封装工艺的一种直射式光源；
本发明面板灯成本低、无暗区、无光斑、无眩光、安装方便的一种超薄直射式面板灯。
本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：
一种超薄直射式面板灯，它包括：超薄直射式光源，超薄的安装框架，面框盖板；
所述超薄直射式光源它包括有封装发光芯片的PCB玻纤单面板，在封装发光芯片的PCB玻纤单面板上设置有集成封装的正极焊盘和集成封装的负极焊盘；
所述集成封装的正极焊盘通过并联LED后总输入端正极走线线路与集成封装的LED正极连接；
所述集成封装的负极焊盘通过串联LED后总输出端负极走线线路与集成封装的LED负极连接；
LED发光芯片P极正极与LED发光芯片N极负极分别按照正、负方向胶粘固定于封装发光芯片的PCB玻纤单面板的走线线路上；
安装框架上有折边凸缘，并与安装框架的水平面垂直；安装框架上有边缘固定孔位；安装框架上有出线槽，用于灯具光源上的正、负极焊线伸出灯具外壳；
面框盖板上有边缘固定脚，是为了使面框盖板能很好的插入框架上边缘固定孔位将其固定；
超薄直射式光源的非发光面放置于安装框架的整板背板内，将导线放入框架的出线槽内，面框盖板上的边缘固定脚塞入边缘固定孔位，灯具背面将边缘固定脚伸出的部分折弯紧固于安装框架的背板面上。
进一步的，在封装发光芯片的PCB玻纤单面板上的PN结发光芯片的边缘四周范围具有光源的围坝结构。
进一步的，在PN结发光芯片的表面涂覆一层透明黄色荧光粉胶体。
进一步的，在超薄直射式光源的出光面上有注塑层。
进一步的，所述注塑层靠近面框盖板是磨砂面。
封装芯片用的PCB单面玻纤电路板、走线线路、焊盘、PN结发光LED芯片、围坝、调色温荧光粉、注塑；所述光源采用COB封装形式，发光角度能达170º，光源芯片采取串、并联形式直接均匀分布于整块PCB玻纤板的覆铜层封装和走线线路上。
封装好的发光LED芯片后再采取在光源表面注塑透光率能达到93%以上的PMMA厚度为1.8mm-2.0mm塑料，出光面外表面呈磨砂状；或在制作好的光源不采取在封装好的发光芯片上注塑办法而只需要另外在发光表面上覆一块0.8mm-1.0mm有凹凸不平的透明磨砂塑料板，但此时芯片上的调色温透明黄色荧光粉胶体需加厚，使胶体超过发光芯片的0.18mm-0.2mm，防止轻易碰撞损坏发光芯片；使用的LED芯片功率全部采用0.06W的芯片，在做成相应功率光源时就能大面积范围均匀铺设封装，光源上温度极低也极易通过PCB玻纤板上的线路传递散发。
安装光源用框架采用超薄4.0mm深、厚度为1.0-1.2mm的折边框架，在边缘挖有固定孔位；在光源焊盘位置处挖有出线槽。
面框盖板中间挖有出光窗口，边缘留有固定脚。
本发明的有益效果：
本发明可通过一种超薄的光源制作成一种近距离照明的超薄直射式面板灯，此光源如采用大面积排布小功率0.06W的LED芯片，多个数量的芯片均匀分布于如1.0mm厚的普通PCB单面玻纤板上且发光角度能达到170º，甚至无需外加散热措施就能达到长寿命的照明灯具；LED工作电压一般在3.0V-3.6V，0.06W的LED工作电流20mA；控制其使用功率只需改变通过它的工作电流；根据实测使用0.06W的小功率LED设计灯具光源时在实际使用功率不超过它的80%有效功率即不超过0.06W*80%=0.048W，20mA*80%=16mA时；LED发出的光通量效率最佳、同时该芯片工作时所发出的热量几乎不伤及覆盖在芯片上的荧光粉和注塑的透明塑料，这层表面塑料对光源芯片起防护作用、同时避免眩光、所以在外表面呈磨砂状；芯片上的发热量也极低，该光源有利于无暗区和无光斑的灯具近距离照明场所。
附图说明
图1为LED的PN结发光芯片内部结构示意图；
图2为LED内部芯片36并9串类似于COB封装形式平面走线结构示意图；
图3为本光源整体结构示意图；
图4为本光源分体结构示意图；
图5为本发明灯具分体结构示意图；
图6为本发明灯具整体组装结构示意图。
图中：1为集成封装的正极焊盘；1-1为并联LED后总输入端正极走线线路；2为集成封装的负极焊盘，2-2为串联LED后总输出端负极走线线路；3为集成封装的LED正极；4为集成封装的LED负极；
5为LED发光芯片P极正极； 6为LED发光芯片N极负极；7为封装发光芯片的PCB玻纤单面板；8为光源的围坝；9为走线线路；10为PN结发光芯片；11为注塑层；12为光源的出光面；13为面框盖板，13-1为边缘固定脚，13-2为出光窗口；14为安装框架，14-1为折边凸缘；14-2为边缘固定孔位；14-3为出线槽。
具体实施方式
下面结合如图1、2、3、4、5、6所示对本发明进行详细描述：
一种超薄直射式面板灯，它包括：超薄直射式光源，安装框架14，面框盖板13；
所述超薄直射式光源它包括有封装发光芯片的PCB玻纤单面板7，在封装发光芯片的PCB玻纤单面板7上设置有集成封装的正极焊盘1和集成封装的负极焊盘2；
所述集成封装的正极焊盘1通过并联LED后总输入端正极走线线路1-1与集成封装的LED正极3连接；
所述集成封装的负极焊盘2通过串联LED后总输出端负极走线线路2-2与集成封装的LED负极连接；
LED发光芯片P极正极5与LED发光芯片N极负极6分别按照正、负方向胶粘固定于封装发光芯片的PCB玻纤单面板7的走线线路9上；
安装框架14上有折边凸缘14-1，并与安装框架14的水平面垂直；安装框架14上有边缘固定孔位14-2；安装框架14上有出线槽14-3用于灯具光源上的正、负极焊线伸出灯具外壳；
面框盖板13上有边缘固定脚13-1，是为了使面框盖板能很好的插入框架上14-2边缘固定孔位将其固定；
超薄直射式光源的非发光面放置于安装框架14的整板背板内，将导线放入框架14-3的出线槽内，面框盖板13上的边缘固定脚13-1塞入边缘固定孔位14-2，灯具背面将边缘固定脚13-1伸出的部分折弯紧固于安装框架14的背板面上。
在封装发光芯片的PCB玻纤单面板7上的PN结发光芯片10的四周范围具有光源的围坝8结构。
在PN结发光芯片10的表面涂覆一层透明黄色荧光粉胶体。
在超薄直射式光源的出光面12上有注塑层11。
所述注塑层11靠近面框盖板13是磨砂面。
把LED发光芯片P极正极5与LED发光芯片N极负极6分别按照正、负方向用胶水粘固于封装发光芯片的PCB玻纤单面板7上的走线线路9上→此工序为固晶；下一步是将PN结发光芯片10引脚焊接→此工序为焊线；再下一步就是将所分布的发光芯片范围内进行光源的围坝8，进而在PN结发光芯片10上均匀的涂胶固定→此工序为匀胶；由于发光芯片本身发出来的光是蓝光，所以需要得到白光时则需在发蓝光PN结发光芯片10上覆涂一层透明黄色荧光粉胶体→此工序为点粉，（黄色荧光粉越淡则色温越高、封装后发出来的白光颜色是白光偏淡蓝；反之色温越低、封装后发出来的白光颜色是白光偏淡黄；发光的色温可以在2500K-7000K范围可进行配置不同浓度的黄色荧光粉进行调节）；然后进行一次检验测试，合格后进入到最后一道工序即在该光源的出光面12进行一次注塑，该注塑要求材料是透光率好、耐温较高的PMMA材料，靠近面框盖板13是磨砂面；PMMA材料3mm厚的透光率93%、PC材料3mm厚的透光率只有89%，为了发射的光通量最佳、光损失减少、所以该注塑厚度设计为1.8mm—2.0mm厚，该对应的塑料模具表面需进行磨砂处理，这样才能使得本发明光源即不会有眩光又看不到芯片上的黄色荧光粉同时无暗区又无光斑且透光性好，因为采用的是COB形式封装工艺，芯片的发光角度能达到170º。
如果不采取在发光芯片表面进行注塑则只需要在发光表面上另外覆盖一块有凹凸不平的透明磨砂塑料板，但此时芯片上的调色温透明黄色荧光粉胶体需加厚，使胶体超过发光芯片的0.18mm-0.2mm，防止轻易碰撞到灯珠表面而损坏发光芯片；采取在发光芯片表面注塑时黄色荧光粉胶体只需超出芯片0.08mm-0.1mm；如果取消注塑换成扩散板的具体实施方式只需将上述注塑层11取消换成一块独立的透明磨砂塑料板即可；因为该发明光源是大面积小功率基本上全覆盖在pcb板上，所以不会产生暗区，无需采用高要求的专用扩散板。
案例效果说明分析：
本发明超薄直射式面板灯采用的直射式光源，光效能进一步的提高；为防止眩光产生只需在封装芯片表面注塑一层透明PMMA塑料，外表面呈磨砂状；为减少光损耗，PMMA塑料厚度最大2.0mm，3.0mm厚度时的透光率高达93%，则2.0mm厚时透光率会增加到95.6%；所以本发明灯具与目前市场上的直射面板灯深度一般在60mm的灯具相比较，本发明灯具具有很大的优势；下面用照度公式来进行说明，照度公式如下：照度=光度/距离平方，所以目前市场上直射面板灯的光损与本发明光源做成的灯具光损会成几何倍数的增加；下面举一例进行计算，一只100W的白炽灯，其发出的总光通量约为1200LM，若假定该光通量均匀地分布在一半球面上，则距该光源1米和5米处的光照度值可分别按下列步骤求得： 半径为1米的半球面积为=2πR²=2π×1米²=6.28米²， 距光源1米处的光照度值为：1200LM/6.28米²=191LUX。同理，半径为5米的半球面积为:2π×5²=157米²， 距光源5米处的光照度值为：1200LM/157米²=7.64LUX。 按上述数据分析可知5米远比1米远的照度损耗：（191LUX-7.64LUX）÷191LUX=96%；
目前市场上还有一种号称超薄的面板灯，它是一种侧发光面板灯，光源通过一种塑料导光板将光线导出，通过背面安装一块反光纸将光线尽可能反射到出光面；为了避免眼睛能看到导光板上的暗区和光斑，所以还需在出光面上加装一块凹凸不平的表面扩散板，由于侧面需将LED灯珠贴片在铝基板上进行散热，以及电气性能耐压要求；所以LED贴片在铝基板上，目前采用宽度最小的LED为4014型号，宽度为1.4mm，而导光板厚度需比该贴片LED灯珠要宽，加上正、负极两条导电线路宽度，低压电器耐压要求DC500V的耐压，所以这铝基板的宽度最少在5.0mm，制作成灯具时加上边框厚度、海绵垫厚度、背板厚度等材料，所以其超薄面板灯的概念也不小于8.0mm，这类灯具由于光线从出光面的垂直方向侧射出并经过多次处理才能得到的照明效果，所以发出的光效比较低；而本发明直射式面板灯具可以制作为4.0mm的厚度。
本发明一种超薄直射式面板灯具光源表面注塑了一层厚1.8mm到2.0mm的透明塑料、外表面呈磨砂状，距发光表面距离只有1.8mm到2.0mm；假如光通量为1200LM则此灯具照度为：[1200LM/2π*（0.002米）²]LUX；而目前市场上直射式面板灯具由于用贴片式单颗灯珠设计，为了使灯具发光均匀且无暗区，所以光源需下沉60mm距离且表面也必须安装一块磨砂透明塑料避免剌眼眩光，如果光通量也为1200LM的灯具在距离60mm位置照度值=[1200LM/2π*（0.006米）²]LUX；
从上述光源距发光面2.0mm与距发光面60mm的照度来比较[1200LM/2π*（0.002米）²]LUX/[1200LM/2π*（0.006米）²]LUX=9；即前者照度是后者照度的9倍；
而侧发光面板灯本身与传统下沉60mm直射面板灯相比较光效损失就多88LM/W/110LM/W=80%，所以本发明直射式面板灯与侧发光面板灯相比较能节约9倍+80%=9.8倍以上的能效。
直射式面板灯要求近距离照明就要求发光角度大而且均匀无暗区和无光斑；任何采取光的纠正措施都必将造成或大或小的光损耗。
目前市场上直射式面板灯与侧射式面板灯电源效率在同等情况下进行比较，直射式面板灯光效最高可达110LM/W，侧射式面板灯光效最高才88LM/W。
目前市场上也常见一种集成COB光源，其发光角度能达170º封装形式，此类型的灯珠大多采用大功率芯片、小面积封装，此类型灯珠对于散热支架要求特别高，因为小面积散热支架用于大功率PN结芯片封装时，它工作后产生的温度特别高，所以该散热支架常用进口且导热系数高的材料，成本非常高；众所周知LED寿命长、能达到十万小时，十万小时寿命的要求是LED发光体PN结上的结温不大于65℃，然而PN结上的结温每上升10℃寿命将缩短一半，即当PN结的结温达到75℃时寿命将缩短为五万小时；为了能使COB上发光体PN结上的温度能很好的散发出去，散热支架材料就要求高导热系数，因（因电性标准要求，走线线路铝基板与散热支架之间还需有一层耐压DC2000伏的绝缘层“PI聚酰亚胺”材料）该绝缘层散热系数不高，对散热极为不利，所以大功率、小面积封装的COB技术对导热、耐压要求和封装工艺要求极高；还要求制作成灯具时外加的金属散热壳体与COB的封装散热支架接触需良好，否则COB上的热量散发不出去，光源的寿命将大大缩短；COB光源是一种高密度、大功率发光芯片封装技术，但此光源如果某一路芯片出了故障则这路的电流将强加给另外几路LED芯片去均恒承担，因目前LED驱动电源均为恒流，这样就会加速COB光源寿命缩短。
下面举例说明：COB光源18W，采用3并3串共9颗的方式对发光芯片进行组合，则每颗芯片功率为2W，单颗芯片工作电压为3V、工作电流为I=P/U=2W/3V=666mA；组合形式为3并3串时，则此COB整体工作电压为9V、工作电流为I=P/U=18W/9V=2A；3路并联时则每路工作电流为2000mA÷3=666mA；当任何一路产生问题损坏时，则2000mA的工作电流就得由其它两路发光芯片来承担，则每路工作电流由原来额定的666mA增大到1000mA，即每路发光芯片各增加了[（1000mA-666mA）/666mA]*100%=约50.2%的工作电流负担，因LED芯片是电流工作器件，根据电流增大的数据推算，芯片上的温度也会增加50.2%，假如原来LED芯片PN结上温度为80℃，由于一路芯片损坏，这时LED芯片上结温会达到120度，这样的结果很明显，LED上的结温会迅速升高，并迅速产生光衰或寿命的终结。
本发明一种超薄直射式面板灯光源它虽然采用了类似于COB的封装技术，但COB光源与本发明的光源主要区别在于：COB使用的芯片封装在线路上，该线路然后需固定在一种散热形式较好的铝合金材料上，由于电气特性原因，在该线路与散热的铝合金之间还需夹有一层即绝缘性能好还需散热效果好的一种“PI聚酰亚胺”材料；而本发明：是采用了芯片直接封装于普通形式（例如：FR-4材质）的单面覆铜PCB板上，该PCB板本身就是一种绝缘性能好的材料，所以本发明光源成本远比COB光源低。
案例用300mm*300mm的使用框架的光源，但采用的是小功率0.06W芯片，减去灯具边缘部分安装尺寸，实际上只有面积268mm*268mm=71824平方毫米铺设封装，本案例采用的36并9串总功率为19.44W，即总功率为36并*9串*0.06W=19.44W；单颗芯片工作电压为3V、工作电流为I=P/U=0.06W/3V=20mA；总工作电压为9串*3V=27V、总工作电流为20mA*36并=720mA；当任何一路产生问题损坏时，则720mA的工作电流就得由其它35路发光芯片来承担，则每路工作电流由原来额定的20mA增大到20.57mA，即每路发光芯片各增加了2.85%的工作电流负担，这样的结果很明显，LED上的结温不会迅速升高，对发光芯片几乎不会产生光衰和寿命的影响。
本发明前面阐述了实际使用功率不超过它的80%有效功率设计即不超过0.06W*80%=0.048W，20mA*80%=16mA时，LED发出的光通量效率最佳；这样的设计总工作电流为16mA*36并=576mA；当任何一路产生问题损坏时，则576mA的工作电流就得由其它35路发光芯片来承担，则每路工作电流由原来的16mA增大到16.46mA，即每路发光芯片虽增加了2.88%的工作电流负担，但16.46mA的工作电流还远没超出LED额定的工作电流20mA范围，所以该光源上产生的温度不会产生什么大影响。
上述案例电路是36并9串的一条线路通电方式，也可以进行分解封装成多种线路通电方式，如：36并9串、18并18串或9并36串等多种方式，这样的灵活封装形式还可以设计成智能化灯具，设计成智能化灯具时本发明的芯片可以选择多种不同颜色的0.06W芯片灯珠，比如：白色、红色、黄色、绿色和蓝色等各种混合形式组成的方案。
依此类推：如果需生产600mm*600mm，300mm*1200mm的直射面板灯具时，只需采用0.06W的LED芯片进行不同的串、并联形式进行扩展封装设计即可。
除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式，凡采用等同替换或等效变换形式的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种超薄直射式面板灯，它包括：超薄直射式光源，安装框架（14），面框盖板（13）；
其特征在于：所述超薄直射式光源它包括有封装发光芯片的PCB玻纤单面板（7），在封装发光芯片的PCB玻纤单面板（7）上设置有集成封装的正极焊盘（1）和集成封装的负极焊盘（2）；
所述集成封装的正极焊盘（1）通过并联LED后总输入端正极走线线路（1-1）与集成封装的LED正极（3）连接；
所述集成封装的负极焊盘（2）通过串联LED后总输出端负极走线线路（2-2）与集成封装的LED负极（4）连接；
LED发光芯片P极正极（5）与LED发光芯片N极负极（6）分别按照正、负方向胶粘固定于封装发光芯片的PCB玻纤单面板（7）的走线线路（9）上；
安装框架（14）上有折边凸缘（14-1），并与安装框架（14）的水平面垂直；安装框架（14）上有边缘固定孔位（14-2）；安装框架（14）上有出线槽（14-3）用于灯具光源上的正、负极焊线伸出灯具外壳；
面框盖板（13）上有边缘固定脚（13-1），是为了使面框盖板能很好的插入框架上，边缘固定孔位（14-2）将其固定；
超薄直射式光源的非发光面放置于安装框架（14）的整板背板内，将导线放入框架（14-3）的出线槽内，面框盖板（13）上的边缘固定脚（13-1）塞入边缘固定孔位（14-2），灯具背面将边缘固定脚（13-1）伸出的部分折弯紧固于安装框架（14）的背板面上。
2.根据权利要求1所述的超薄直射式面板灯，其特征在于：在封装发光芯片的PCB玻纤单面板（7）上的PN结发光芯片（10）的边缘四周范围具有光源的围坝（8）结构。
3.根据权利要求2所述的超薄直射式面板灯，其特征在于：在PN结发光芯片（10）的表面涂覆一层透明黄色荧光粉胶体。
4.根据权利要求1所述的超薄直射式面板灯，其特征在于：在超薄直射式光源的出光面（12）上有注塑层（11）。
5.根据权利要求4所述的超薄直射式面板灯，其特征在于：所述注塑层（11）靠近面框盖板（13）是磨砂面。
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